10.2.7 Software de análisis y modelamiento por método de elementos finitos
10.2.7.2 Características de contacto general (General contact) en
De una manera resumida, las principales características del algoritmo general contact en Abaqus/Standard son:
o Se especifica como parte de la definición del modelo
o Permite definiciones de contactos muy simples con muy pocas restricciones sobre los tipos de superficies involucradas.
o Utiliza algoritmos de seguimiento para garantizar que las condiciones de contacto se cumplan de forma eficaz.
o Puede utilizarse simultáneamente con el algoritmo de pareja de contacto (es decir, algunas interacciones pueden modelarse con el algoritmo de contacto general, mientras que otras se modelan con el algoritmo de pareja de contacto “contact pair”)
o Puede utilizarse con superficies bidimensionales o tridimensionales
o Utiliza la formulación de contacto de deslizamiento finito (finite-sliding) y superficie a superficie (surface-to-surface) como formulación de contacto principal, complementado por las formulaciones de contacto de borde a superficie (edge-to-surface), de borde a borde (edge-to-edge) y de vértice a superficie (vertex-to-edge).58
57INTRINSYC, Introduction to Contact Analysis. : [En línea] US. YouTube. 2016. Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=6l0aKFo0i4Y
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La formulación de contacto superficie a superficie (surface-to-surface) es la formulación principal para el general contact. Ésta formulación trata principalmente casos con contacto sobre las caras de la superficie.
El general contact utiliza las otras formulaciones de contacto como formulaciones suplementarias. Por ejemplo, el segundo, tercer y cuarto caso sería tratado con las formulaciones de borde a superficie (edge-to-surface), de borde a borde (edge-to-edge) y de vértice a superficie (vertex-to-edge), respectivamente. Las formulaciones suplementarias también se utilizan por el general contact para tratar el contacto entre elementos de vigas y cerchas.
“Las formulaciones de superficie a superficie, de borde a superficie y de vértice a superficie pueden tratar interacciones de contacto en las que una superficie (que no representa un borde o un vértice) es una superficie rígida. El contacto general no considera el contacto entre dos superficies rígidas analíticas.”59
59 4REALISM. General Contact Vs Contact Pairs En Abaqus Standard. [En línea] 2019 Disponible en: https://www.4realsim.com/es/general-contact-contact-pair-abaqus/
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Figura 11. Edit interaction for general contact, option of Abaqus CAE
Fuente: Autor.
10.2.7.3 (CEL – Coupled Eulerian Lagrangian) Eulerian-Lagrangian acoplado:
“El enfoque de Eulerian-Lagrangian (CEL) acoplado en Abaqus, que proporciona a los ingenieros y científicos la capacidad de simular una clase de problemas en los que la interacción entre estructuras y fluidos es importante. Esta capacidad no se basa en el acoplamiento de múltiples productos de software, sino que resuelve la interacción de estructura de fluido (FSI) simultáneamente dentro de Abaqus”60
o Aplicaciones:
o Bolsas de aire infladas de flujo de gasolina para automóviles. o Neumático hidro-planeado
60 DASSAULT SYSTEMES. Abaqus unified FEA. [En línea] 2009. Disponible en: https://www.3ds.com/products-services/simulia/products/abaqus/multiphysics/coupled-eulerian- lagrangian/
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o Carga de olas en estructuras costa afuera o Dispensador de productos cosméticos. o Chapoteo del tanque de combustible o Impacto y penetración de alta velocidad.
o Interacción suelo-estructura, como la excavación y el desbaste.61
Figura 12. Ejemplos de aplicación de análisis por contacto general con CEL
Fuente: Abaqus unified FEA62
10.2.7.4 (SPH - Smoothed particle hydrodynamics) Hidrodinámica de partículas alisadas
La partícula hidrodinámica suavizada como método libre de mallas y partículas, se inventó originalmente para modelar fenómenos astrofísicos, y luego se extendió ampliamente para la aplicación de problemas de mecánica continua y fluida. El método SPH y sus diferentes variantes son el tipo principal de métodos de partículas y se han incorporado en muchos códigos comerciales.63
En el método SPH, El estado de un sistema está representado por un conjunto de partículas, con propiedades individuales y movimiento de acuerdo con las
61 Ibid., p 01 62 Ibíd., p 01
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ecuaciones de conservación que rigen. Meshfree, Lagrangiano, método de partículas, tiene sus características particulares. Tiene algunas ventajas especiales sobre los métodos numéricos tradicionales basados en cuadrícula, el más significativo de los cuales es la naturaleza adaptativa del método SPH. Esta adaptabilidad de SPH se archiva en la etapa muy temprana de la aproximación de la variable de campo que se realiza en cada paso de tiempo en base a un conjunto local actual de partículas distribuidas arbitrariamente. Debido a esta naturaleza adaptativa de la aproximación de SPH, la formulación de SPH no se ve afectada por la arbitrariedad de la distribución de partículas. Esta es, por lo tanto, la característica más atractiva del método SPH. […]64
10.2.7.5 (DEM – Descrete element method) Método de elementos discretos.
El método de elementos discretos DEM es un método intuitivo en el que las partículas discretas chocan entre sí y con otras superficies durante una simulación dinámica explícita. Por lo general, cada partícula de DEM representa un grano, una tableta, una inyección, etc. El DEM no es aplicable a situaciones en las cuales las partículas individuales sufren una deformación compleja. Por lo tanto, la DEM es diferente, y conceptualmente más simple que el método hidrodinámico de partículas alisadas (SPH) en el que grupos de partículas modelan colectivamente un cuerpo continuo.65
10.2.7.6 Características de pares de contacto (Contact pairs) en Abaqus/Standard
Para utilizar pares de contacto, se deben indicar que pares de superficies pueden interactuar entre sí o que superficies dentro de una misma parte pueden interactuar consigo mismas. Las superficies de contacto deben extenderse lo suficiente para incluir todas las regiones que pueden entrar en contacto durante un análisis; sin embargo, al incluir nodos de superficie adicionales y caras que nunca experimentan contacto puede resultar en un coste computacional adicional significativo. Las principales características de este algoritmo de modelo son:
o Es usado para definir interacciones entre cuerpos en simulaciones del tipo mecánico, acoplado de desplazamiento de temperatura, acopladas térmico-
64 LIU GR, LIU MB. Smoothed Particle Hydrodynamics: A Mesh free Particle Method. Singapore: World Scientific; 2003.
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eléctricas-estructurales, acopladas de desplazamiento de presión de poros, acopladas térmico-eléctricas y de transferencia de calor.
o Son parte de la definición del modelo.
o Puede formarse utilizando un par de superficies rígidas o deformables o una sola superficie deformable.
o No es necesario utilizar superficies con mallados iguales.
o No puede formarse con una superficie bidimensional y una tridimensional. o No se puede formar con superficies agrietadas para elementos enriquecidos. En Abaqus/Standard se puede definir el contacto en términos de dos superficies que pueden interactuar entre sí como un “par de contacto” o en términos de una sola superficie que puede interactuar con sí misma en “auto contacto”. Abaqus/Standard refuerza las condiciones de contacto formando ecuaciones que involucran grupos de nodos cercanos de las superficies respectivas o, en el caso del auto contacto, de regiones separadas de la misma superficie.66